Moderne Mikrotechniken erobern den menschlichen Körper

So genannte Neuroprothesen gehören zu den zukunftsträchtigsten Entwicklungen der modernen Medizintechnik. Experten rechnen in Zukunft mit den vielfältigsten Einsatzgebieten, wobei Deutschland zu den weltweit wichtigsten Standorten auf dem Gebiet gehört. Zu diesem Ergebnis kommt eine aktuelle Studie der VDE-Initiative MikroMedizin.

Wenn körpereigene Schaltstellen krankheits- oder unfallbedingt nicht mehr funktionieren, werden miniaturisierte elektronische Implantate Nervenstrukturen und deren Funktionen ersetzen. Das klingt wie ein alter Menschheitstraum. Dass es nicht bei einem Traum bleiben muss, demonstriert eine aktuelle VDE-Studie zum Anwendungsfeld Neuroprothetik. Danach befindet sich eine Reihe von utopisch anmutenden Entwicklungen in unterschiedlichen Stadien der Entwicklung. Künstliche Hände, die durch elektronische Signale gesteuert werden, Rollstühle und Roboterarme, die sich allein durch Gedanken lenken lassen und Herzen, die ohne Medikamente mit neuartigen Elektroden wieder im Takt schlagen sind keineswegs Szenen aus Science-Fiction-Filmen, sondern beinahe Realität.

Die Neuroprothetik basiert auf dem Verfahren, körpereigene Signale in elektronische Signale zu verwandeln und auf diese Weise technische Systeme wie zum Beispiel eine künstliche Hand zu steuern. Heute ist es bereits möglich, diese als Innervationsmuster bezeichneten Körpersignale in Steuersignale zu verwandeln, mit denen sich Prothesen beinahe in natürlicher Weise bewegen lassen. Sogar Rückkopplungen sind möglich. So können die Sensoren einer Handprothese beispielsweise die Temperatur des ergriffenen Gegenstandes an einen im Unterarm implantierten Mikroprozessor melden, so dass in den entsprechenden Hirnarealen das Gefühl von Hitze ankommt. Es wird sogar daran gearbeitet, die Handprothese mit haptischen Funktionen auszustatten. Am Ende der Entwicklung können Prothesen stehen, die über weit reichende Tastsinne verfügen und den Betroffenen das Fremdkörper-Gefühl nehmen.

Zu den wichtigsten Funktionen der Neuroprothesen gehört auch die gezielte Stimulation eingeschränkter oder verloren gegangener Funktionen. Die am weitesten verbreitete Stimulationsart ist die elektrische Stimulation des Herzens in Form des Herzschrittmachers. Mit etwa 1 Mio. Implantationen weltweit pro Jahr sie als etablierte Technik zu einem Standard der Gesundheitsversorgung geworden. Einen ganz neuen Zweig der Schrittmachertherapie bildet die „kardiale Resynchronisationstheraie (CRT)“. War bislang die Stimulation auf den rechten Teil des Herzens beschränkt, weil dort der Innendruck vergleichsweise gering ist, so werden mittlerweile mehr und mehr auch die linken Kammern als Therapieziel entdeckt. Ursache hierfür sind Erkrankungen, bei denen die Reizleitung von der rechten in die linke Herzhälfte verlangsamt oder gar unterbrochen ist. In der Folge führt dies unter anderem zu Kammerschädigungen.

Blinde lernen wieder Sehen

Die Wiederherstellung des Sehvermögens nach einer Erblindung stellt für die Neuroprothetik eine besondere Herausforderung dar. Die heutige Forschung konzentriert sich hauptsächlich auf die Entwicklung von Sehprothesen für Patienten mit Retinitis Pigmentosa, einer erblich erworbenen Krankheit, bei der die Sinneszellen in der Netzhaut degenerieren und bei der sich sukzessive das Gesichtsfeld bis zur völligen Erblindung verkleinert.

Die Sehprothesen bestehen aus einem Mikrophotodiodenarray, welches das auf die Netzhaut einfallende Licht erfasst und über Elektroden durch Stimulationsimpulse an diesen Stellen der Nervenzellen technisch erregt. Die bisherigen Erfolge geben zu gedämpftem Optimismus Anlass. So wurden bei Implantaten an freiwilligen Probanden, die an Retinitis Pigmentosa erblindet waren, mit einem 25-Kanal-Array Sehwahrnehmungen erzielt, bei denen nach einer Trainingsphase die Probanden die Orientierung einfacher Muster in einer Testumgebung wiedergaben. Ob es allerdings jemals gelingen wird, das Lesevermögen oder auch die Farbwahrnehmung wiederherzustellen, kann beim jetzigen Stand der Technik noch nicht befriedigend beantwortet werden.

Wenn elektrische Impulse das Zittern verhindern

Des Weiteren hat die Neuroprothetik neuerdings auch auf die Behandlung der Parkinsonschen Krankheit im Visier. Interessanterweise können durch die Abgabe eines gepulsten elektrischen Stroms die krankhaft überaktiven Kernregionen im Gehirn gehemmt und die Symptome damit wirksam gelindert werden. Bei diesem Verfahren werden zwei vierpolige Elektroden durch eine hochpräzise neurochirurgische Operation am wachen Patienten in je eine Gehirnhälfte millimetergenau platziert und an einen so genannten Neurostimulator, der ähnlich einem Impulsgenerator bei einem Herzschrittmacher zwischen Haut und Brustmuskel implantiert wird, angeschlossen. Diese Therapie kommt zunächst nur für Patienten in Betracht, die unter medikamentöser Behandlung nicht ausreichend therapiert werden können.

In ähnlicher Weise wird versucht, die Methode auch zur Behandlung der Epilepsie einzusetzen. Die bisher vorliegenden Studien weisen darauf hin, dass die elektrische Stimulation die beim epileptischen Anfall auftretende großräumige Synchronisation von Neuronen in unterschiedlichen Hirnregionen behindert und so der Anfall unterdrückt werden kann. Allein in Deutschland sind von der Krankheit 500.000 Menschen betroffen. Nur bei 65 Prozent dieser Patienten lassen sich die Anfälle durch medikamentöse Behandlung oder Epilepsie-chirurgische Maßnahmen beherrschen. Für das restliche Drittel werden dringend alternative Behandlungsmöglichkeiten gesucht.